Theoretical Calculation of SAW Propagation of GaN/Sapphire Structure according to SAW Propagation Direction

The GaN/sapphire layered structure is a potential candidate for high frequency devices due to high acoustic velocity of sapphire. Generally, the GaN thin films are epitaxially grown on c, a, and r-plane sapphire substrates. In this study, wave equations of GaN/sapphire structure were calculated according to crystallographic relationship between GaN layer and sapphire substrate. On each plane, the shear velocity was changed by the kH of GaN layer and propagation direction on sapphire substrate. We found electromechanical coupling constant of r-plane was better than the others. As a result, elastic stiffness and electromechanical coupling constant of materials are affected by a cut and an orientation of substrate. GaN/r-plane sapphire structure is more advantageous for high frequency SAW devices.

사파이어 기판방향에 따른 GaN 박막의 표면탄성파 특성에 대한 이론적 계산

GaN/사파이어 박막구조는 높은 SAW속도로 인해 고주파 소자로 이용될 가능성이 있다. 일반적으로, GaN 박막은 사파이어의 c, a, 그리고 r-면에 성장한다. 본 연구에서는 사파이어의 기판과 GaN 박막사이의 결정학적 관계에 따라 GaN/사파이어 구조의 파동 방정식을 계산하였다. 각각의 면에서, GaN의 kH와 사파이어의 기판방향에 따라 전단속도가 변화하였다. 그 결과 r-면의 경우 전기기계결합계수가 우수했다. 즉, 재료의 탄성상수와 전기기계결합계수는 기판의 cut 방향과 방향성에 좌우된다. 또한, GaN/r-면 사파이어는 전기기계결합계수가 우수하므로 고주파수 대역 SAW 소자 응용에 보다 더 좋을 것이다.